Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Подготовка к централизованному тестированию. Задачи и упражнения с примерами решений
.pdf
Решение. Поскольку валентность элемента Х равна трем, фор-
мула водородного соединения Х будет иметь вид: ХH
ваем количество соединения ХН
n(ХH
3
n(ХH
) = 4,48 / 22,4 = 0,2 моль.
3
:
3
) = V(ХH3) / Vm;
Определяем молярную массу водородного соединения ХН
M(ХH
M(ХH
Выражаем молярную массу соединения ХН
) = m(ХH3) / n(ХH3);
3
) = 6,8 / 0,2 = 34 г/моль.
3
М(ХH
) = М(Х) + 3М(H).
3
:
3
. Рассчиты-
3
3
Тогда
М(Х) = М(ХH
) — 3М(H);
3
М(Х) = 34 – 3 = 31 г/моль.
Используя таблицу Д. И. Менделеева, определяем, что химическим
элементом с молярной массой, равной 31 г/моль, является фосфор.
:
1.27. Газообразное соединение HХ массой 6 г занимает объем
(н. у.), равный 6,72 дм
3
. Определите Х.
Ответ: F.
1.28. Молярная масса газовой смеси, состоящей из аргона и ге-
лия, равна 13 г/моль. Определите массу гелия в смеси объемом
(н. у.) 11,2 дм
3
.
Решение. Вычисляем количество газовой смеси:
n(г) = V(г) / V
;
m
n(г) = 11,2 / 22,4 = 0,5 моль.
Рассчитываем массу газовой смеси:
m(г) = n(г)
m(г) = 0,5
.
M(г);
.
13 = 6,5 г.
Масса аргона равна разнице масс газовой смеси и гелия:
m(Ar) = m(г) — m(He);
m(Ar) = 6,5 — m(He).
Выражаем количества гелия и аргона:
n(He) = m(He) / M(He); n(He) = m(He) / 4;
11
n(Ar) = m(Ar) / М(Ar); n(Ar) = (6,5 — m(He)) / 40.
Известно, что количество газовой смеси равно 0,5 моль:
n(Hе) + n(Ar) = 0,5 моль.
Подставляем в последнее уравнение значения количеств гелия
и аргона:
m(He) / 4 + (6,5 — m(He)) / 40 = 0,5
и решаем уравнение: m(He) = 1,5 г.
1.29. Газовая смесь, состоящая из фтора и гелия, имеет моляр-
ную массу 21 г/моль. Определите объем гелия при н. у. в смеси
массой 4,2 г.
Ответ: 2,24 дм
1.30. Определите массу газовой смеси объемом (н. у.) 6 дм
3
.
3
, состоящей из азота и кислорода. Известно, что объем азота в смеси в
4 раза больше объема кислорода.
Ответ: 7,7 г.
1.31. Определите объем газовой смеси (н. у.), состоящей из ам-
миака и азота, массой 6,2 г. Известно, что масса аммиака относится к массе азота как 1,21 к 1,00.
Ответ: 6,72 дм
3
.
1.32. Какой из нижеперечисленных газов является самым лег-
ким: аммиак, фтор, фтороводород, кислород?
Решение. Для расчетов выбираем образцы каждого газа коли-
чеством 1 моль.
Тогда их массы будут равны:
m(NH
m(HF) = 20
) = 17 . 1 = 17 г;
3
) = 38 . 1 = 38 г;
m(F
2
) = 32 . 1 = 32 г.
m(O
2
.
1 = 20 г;
Объем 1 моль газа при н. у. равен:
V = 22,4 дм
3
.
Определяем плотность газов при н. у. по уравнению (1.4):
ρ(NH
) = 17 / 22,4 = 0,76 г/дм3;
3
ρ(F
) = 38 / 22,4 = 1,70 г/дм3;
2
ρ(HF) = 20 / 22,4 = 0,89 г/дм
12
3
;
ρ(O2) = 32 / 22,4 = 1,43 г/дм3.
Самую низкую плотность из рассмотренных газов имеет аммиак.
Следовательно, он будет самым легким.
1.33. Какой из перечисленных газов является самым тяжелым:
водород, хлор, азот, хлороводород?
Ответ: хлор.
1.34. Какой объем занимают при н. у. 6,02
. 1022
молекул оксида
углерода (IV)?
Ответ: 2,24 дм
3
.
1.3. Объединенный газовый закон
Объединенный газовый закон Бойля — Мариотта и Гей–Люссака отражает зависимость между объемом газа, давлением и температурой.
p
где V — объем газа при данных температуре Т и давлении p; V
объем газа при нормальном давлении p
рт.ст. или 1 атм.) и нормальной температуре T
1.35. Определите массу аргона объемом 5,6 дм
/ T0 = pV / T, (1.5)
0V0
(101,3 кПа или 760 мм.
0
(273 К).
0
3
при давлении
0
—
202,6 кПа и температуре 27 °С.
Решение. Определяем объем аргона при н. у., используя для
расчетов уравнение (1.5) и учитывая, что
T = 273 + 27 = 300 K:
V
(Ar) = pVT0 / p0T;
0
V
(Ar) = (202,6 . 5,6 . 273) / (300 . 101,3) = 10,2 дм3.
0
Количество аргона будет равно:
n(Ar) = V(Ar) / V
; n(Ar) = 10,2 / 22,4 = 0,455 моль.
m
Рассчитываем массу аргона:
.
m(Ar) = n(Ar)
M(Ar);
m(Ar) = 0,455 . 40 = 18,2 г.
1.36. Какой объем займет азот массой 56 г при давлении
50,65 кПа и температуре 250 К?
3
Ответ: 82 дм
.
1.37. Определите плотность воздуха при давлении 2 атм. и тем-
пературе 300 К.
13
Решение. Выбираем для расчетов образец воздуха количеством
1 моль. Молярная масса воздуха равна 29 г/моль.
Тогда масса образца будет равна:
m(воздуха) = n(воздуха)
m(воздуха) = 1
.
M(воздуха);
.
29 = 29 г.
Объем воздуха при н. у. будет равен:
V
(воздуха) = n(воздуха) . Vm;
0
(воздуха) = 1 . 22,4 = 22,4 дм3.
V
0
Определяем объем воздуха при заданных условиях, используя
уравнение (1.5):
V(воздуха) = р
V(воздуха) = (1
.
22,4 . 300) / (2 . 273) = 12,3 дм3.
0V0
T / рT0;
Рассчитываем плотность воздуха при заданных условиях по
уравнению (1.4):
ρ(воздуха) = m(воздуха) / V(воздуха);
ρ(воздуха) = 29 / 12,3 = 2,36 г/дм
1.38. Газ массой 1 г занимает объем, равный 11,2 дм
3
.
3
при давлении 1520 мм. рт. ст. и температуре 546 К. Определите молярную
массу газа.
Ответ: 2 г/моль.
1.39. Газ состава ХО
3
5,6 дм
при 0 °С и давлении 202,6 кПа. Определите элемент Х.
массой 23 г занимает объем, равный
2
Решение. Определяем объем газа при н. у., используя уравне-
ние (1.5) и учитывая, что:
Т = (273 + 0)К = 273 К:
V
(ХО2) = pVT0 / p0T;
0
(ХО2) = (202,6 . 5,6 . 273) / (101,3 . 273) = 11,2 дм3.
V
0
Количество вещества газа будет равно:
n(ХО
n(ХО
) = 11,2 / 22,4 = 0,5 моль.
2
) = V / Vm;
2
Вычисляем молярную массу газа:
M(ХО
M(ХО
) = m(ХО2) / n(ХО2);
2
) = 23 / 0,5 = 46 г/моль.
2
14
С учетом того, что
М(ХО
) = М(Х) + 2М(О),
2
определяем молярную массу элемента Х:
М(Х) = М(ХО
) — 2M(О);
2
М(Х) = 46 — 32 = 14 г/моль.
Используя таблицу Д. И. Менделеева, определяем, что элемен-
том с молярной массой, равной 14 г/моль, является азот.
1.40. Определите массу 35,84 дм
3
смеси газов при давлении
0,5 атм. и температуре 273 °С, состоящей из азота и гелия. Известно, объем гелия составляет 1/4 объема смеси.
Ответ: 8,8 г.
1.41. Определите давление в сосуде объемом 10 дм3, содержащем
воду массой 9 г при температуре 227 °С (ответ дайте в атмосферах).
Решение. Определяем количество воды:
O) = m(H2O) / M(H2O);
n(H
2
O) = 9 / 18= 0,5 моль.
n(H
2
Объем паров воды при н. у. будет равен:
V
O) = n(H2O) . Vm;
0(H2
O) = 0,5 . 22,4 = 11,2 дм3.
V
0(H2
Рассчитываем давление в сосуде, используя формулу (1.5) и
учитывая, что T = (273 + 227) K = 500 K:
p = p
.
p = (1
11,2 . 500) / (273 . 10) = 2,05 атм.
1.42. Определите температуру в сосуде объемом 5,6 дм
T / T0V ;
0V0
3
, содер-
жащем кислород массой 4 г при давлении 1140 мм. рт. ст.
Ответ: 546 °С.
1.43. Во сколько раз уменьшится давление в сосуде объемом
11,2 дм
3
, содержащем 0,5 моль азота и 0,5 моль воды при темпера-
туре 273 °С, после охлаждения содержимого сосуда до 0 °С?
Решение. При температуре 273 °С вода будет находиться в газообразном состоянии, значит, количество газа в сосуде будет равно сумме количеств азота и воды:
n(г) = n(N
) + n(H2O); n1(г) = 0,5 + 0,5 = 1 моль.
2
Объем газа при н. у. равен:
V
= n(г) . Vm;
0
15
V0 = 1 . 22,4 = 22,4 дм3.
Рассчитываем давление в сосуде при исходных условиях, приняв во внимание, что:
Т
= (273 + 273) К = 546 К; p0 = 1 атм;
1
p
= p0V0T1 / V T0;
1
p
(г) = (1 . 22,4 . 546) / (11,2 . 273) = 4 атм.
1
Поскольку при охлаждении до 0 °С вода будет находиться в
жидком состоянии, ее объемом можно пренебречь. Тогда количество газа в сосуде будет равно количеству азота:
n1(г) = n(N2); n(N2) = 0,5 моль.
Объем азота при н. у. составит:
V
) = n(N2) . Vm; V0(N2) = 0,5 . 22,4 = 11,2 дм3.
0(N2
Определяем давление в сосуде после охлаждения, учитывая,
= (0 + 273) К = 273 К:
что Т
2
p
= p0V0T2 / VT0;
2
p
= (1 . 11,2 . 273) / (11,2 . 273) = 1 атм.
2
Рассчитываем, во сколько раз уменьшится давление:
p
/ p2 = 4 / 1.
1
Таким образом, давление уменьшится в 4 раза.
3
1.44. В сосуде объемом 4,48 дм
. 1022
жится 6,02
молекул газа. Определите давление газа внутри
при температуре 227 °С содер-
сосуда (ответ дайте в атмосферах).
Ответ: 0,92 атм.
1.4. Закон сохранения массы веществ
1.45. Определите массу продуктов реакции, если известно, что
в реакцию вступили сера массой 16 г и кислород массой 20 г.
Решение. Записываем уравнения реакций:
S + O
2SО
= SO2;
2
+ O2 = 2SO3.
2
Таким образом, при взаимодействии серы и кислорода могут
образоваться как SO
, так и SO3 или их смесь.
2
В условии задачи сказано, что в реакцию вступили сера массой
16 г и кислород массой 20 г. Следовательно, согласно закону со-
16
хранения массы, масса продуктов реакции будет равна массе исходных веществ:
m(продуктов реакции) = m(S) + m(O
);
2
m(продуктов реакции) = 16 + 20 = 36 г.
1.46. Определите массу продуктов реакции, если известно, что
в реакцию вступили углерод массой 6 г и кислород массой 12 г.
Ответ: 18 г.
1.47. При взаимодействии железа массой 5,6 г с серой образо-
вался сульфид железа массой 10 г. Определите массу серы, вступившей в реакцию.
Ответ: 4,4 г.
1.48. При cплавлении натрия массой 46 г с серой получили
смесь персульфидов массой 98 г. Определите массу серы, вступившей в реакцию.
Ответ: 52 г.
1.49. Образец мела массой 10 г прокалили. В результате прока-
ливания выделился оксид углерода (IV) объемом 1,12 дм
3
делите массу остатка.
Ответ: 7,8 г.
1.50. Термохимическое уравнение горения метана:
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + 804 кДж.
Как масса исходных веществ будет отличаться от массы продуктов, полученных при сгорании метана массой 16 т.?
Решение. Определяем количество метана:
n(СН
n(СН
) = m(СН4) / M(СН4);
4
) = 16 . 106 / 16 = 106 моль.
4
Составляем пропорцию:
При сгорании
1 моль метана выделяется 804 кДж энергии
6
моль метана x кДж энергии
10
x = 804
.
106 кДж или 8,04 . 1011 Дж.
Из уравнения Эйнштейна
E = mc
2
выражаем массу
m = E / c
2
; где с = 3 . 108 м/с.
. Опре-
17
Подставляем известные значения:
.
11
10
m = 8,04
/ (3 . 108)2 = 8,93 . 10–6 кг или 8,93 мг.
Масса продуктов реакции будет меньше массы исходных веществ на 8,93 мг.
1.51. В результате каких реакций (в соответствии с уравнени-
ем Эйнштейна E = mc
2
) масса образовавшихся продуктов реакции
будет больше массы исходных веществ, вступивших в реакцию:
a)
2Cu + O2 = 2CuO + 331 кДж;
b) H
+ I2 = 2HI – 52 кДж;
2
c) S + O
d) C + O
e) H
= SO2 + 297 кДж;
2
= CO2 + 396 кДж;
2
+ F2 = 2HF + 537 кДж?
2
1.52. Как изменится масса продуктов реакции, полученных
при взаимодействии иода массой 25,4 кг с избытком водорода:
H
+ I2 = 2HI – 52 кДж?
2
Ответ: масса увеличится на 5,78 . 10
–11
кг.
ГЛАВА 2
КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ РАСЧЕТЫ СОСТАВА СМЕСИ
2.1. Массовая доля
Массовая доля вещества – это отношение массы вещества в
системе к массе всей системы.
Массовая доля вещества может быть выражена в долях от единицы или в процентах:
в\ва
m
в\ва ;
ω=
()
в\ва 100%
ω= ⋅
()
m
()
системы
m
()
в\ва
m
()
системы
()
(2.1)
(2.2)
.
2.1. Определите массовую долю примесей в составе техничес-
кого образца хлорида алюминия, содержащего хлорид алюминия
массой 18 г и примеси массой 2 г.
Решение. Масса образца равна сумме масс хлорида алюминия
и примесей:
m(образца) = m(AlCl
) + m(примеси);
3
18
m(образца) = 18 + 2 = 20 г.
Рассчитываем массовую долю примесей по уравнению (2.2):
примеси
m
ω= ⋅
примеси 100%;
()
()
образца
m
()
ω=⋅=
примеси 100% 10 %
()
2.2. Определите массовую долю хлорида калия в образце, со-
стоящем из хлорида калия и хлорида натрия. Соотношения количеств веществ солей соответственно равны 1 : 4.
Решение. Для расчетов примем образец смеси количеством вещества 1 моль.
Рассчитываем количества хлоридов калия и натрия в образце,
учитывая, что n(KCl) : n(NaCl) = 1 : 4:
n(KCl) = 1/5
n(NaCl)= 4/5
Определяем массы хлоридов в образце:
Вычисляем массу образца:
Hаходим массовую долю хлорида калия:
n(образца); n(KCl) = 1 / 5 . 1 = 0,2 моль;
n(образца); n(NaCl)= 4 / 5 . 1 = 0,8 моль.
m(KCl) = n(KCl)
m(KCl) = 0,2
m(NaCl) = n(NaCl)
m(NaCl) = 0,8
m(образца) = m(KCl) + m(NaCl);
m(образца) = 14,9 + 46,8 = 61,7 г.
2
20
.
M(KCl);
.
74,5 = 14,9 г;
.
M(NaCl);
.
58,5 = 46,8 г.
.
KCl
m
KCl 100%;
ω= ⋅
()
ω=⋅=
KCl 100% 24 %
()
2.3. Определите массовую долю кислорода в составе оксида
серы (IV).
Решение. Для расчетов выбираем образец оксида серы количеством вещества 1 моль. Определяем массу образца:
m(SO
2
()
образца
m
()
14,9
61,7
) = n(SO2) . M(SO2);
19
.
m(SO2) = 1 . 64 = 64 г.
Составляем схему:
SO
→ 2O.
2
Из схемы следует, что в составе 1 моль оксида серы содержится
2 моль атомов кислорода. Рассчитываем массу атомов кислорода
в образце, если его количество равно 2 моль:
m(O) = n(O)
m(O) = 2
.
M(O);
.
16 = 32 г.
Hаходим массовую долю кислорода в составе оксида серы:
(O)
ω(Ο) = ⋅
m
(SO )
m
100%;
2
ω=⋅=
32
(O) 100 50 %.
64
2.4. Определите массовую долю кристаллизационной воды в
составе кристаллогидрата CuSO
.
5H2O.
4
Ответ: 36 %.
2.5. Массовая доля кристаллизационной воды в составе крис-
таллогидрата FeSO
.
xH2O равна 0,4532. Определите формулу
4
кристаллогидрата.
Решение. Для расчетов выбираем образец кристаллогидрата
массой 100 г.
Определяем массу кристаллизационной воды в образце:
m(H
O) = ω(H2O) . m(образца);
2
O) = 0,4532 . 100 = 45,32 г.
m(H
2
Масса FeSO
в образце равна разнице масс кристаллогидрата
4
и воды:
m(FeSO
m(FeSO
Определяем количество FeSO
n(FeSO
n(FeSO
) = m(образца) – m(H2O);
4
) = 100 – 45,32 = 54,68 г.
4
в образце:
4
) = m(FeSO4) / M(FeSO4);
4
) = 54,68 / 152 = 0,36 моль.
4
Составляем схему:
FeSO
. xH2O → FeSO4,
4
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]